JP5346214B2 - 屋内における高精度位置基準測定のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明はセルラ方式の移動体通信システムにおける方法及び装置に関し、特には適応拡張セルＩＤ測位(AECID)屋内基準測定の生成に関する。

例えば特許出願PCT/SE2005/001485に記載されるような適応拡張セルＩＤ測位(AECID)は、基本的なセルＩＤ測位方法を様々な方法で洗練する測位技術である。AECID測位方法は、高精度の測位結果、例えばアシステッドＧＰＳ(A-GPS)測定結果が、所定のセルラ無線伝播状況が持続する領域に属する地点と見なすことができるという発想に基づいている。最も単純な形態において、あるセルＩＤが有効である際に行われたA-GPS測定結果は、A-GPS測定結果がセルラシステムの特定のセル内部に含まれることを表す。AECID測位方法はこのことを認識し、所定の条件に従った高精度測定結果のタグ付けを導入する。

これは例えば以下のものを含んでよい。
・高精度測位を実行する端末によって検出されたセルＩＤ、
・複数の無線基地局(RBS)に関し、高精度測位を実行する端末が実行する経路損失又は信号強度の測定結果の量子化結果、
・量子化された、往復時間（WCDMAにおけるRTT）又はタイミングアドバンス（GSMにおけるTA）、
・符号分割多元アクセス(CDMA)システムの負荷を表す、量子化された雑音増加(noise rise)、
・無線コネクション情報、例えば無線アクセスベアラ(RAB)、
・量子化された時刻。

ここで、複数のタグは複数のインデックスのベクトルからなり、個々のインデックスは可算数の離散値を取ることに留意することが重要である。連続的な変数が経路損失等のタグ付けに用いられるので、量子化が必要である。

AECID測位方法の２番目のステップは、個々の高精度測定クラスタ内で同一のタグを有する高精度測位結果をまとめることである。そのようなクラスタの各々が、似通った電波状況を有する領域から収集された高精度測位結果からなることは明らかなので、通常それらの測定結果は同一の明瞭な地理的領域からのものである。より具体的には、前記地理的領域は通常、セルラシステムの１つのセルの外延(extension)よりもずっと小さい。

AECID測位方法の３番目のステップにおいて、保存されている高精度測位クラスタの各々に対し、クラスタの地理的な外延を表すポリゴンが算出される。このアルゴリズムに最も顕著な２つの特性は、ポリゴンの範囲が最小化される（つまり精度が最大化される）ことと、端末がポリゴン内に存在する確率（確かさ）が正確に知らされていること（アルゴリズムに制約として設定される）を含む。

ここまで、ポリゴンのタグ付けされたデータベース生成のためのステップを説明してきた。これで、現存するタグの最初の判定により、AECID位置を容易に求められるようになった。これは、上述のようにセルIDを調べ、補助測定を実行し、補助コネクション情報を調べることで実施される。そして、判定されたタグに対応するポリゴンがタグ付けされたポリゴンのデータベース内で検索され、3GPP TS 25.413、”UTRAN Iuインタフェース無線アクセスネットワークアプリケーションパート(RANAP)シグナリング”に記載されるようなRANAPインタフェース上で、ポリゴン形式を用いて報告される。

セルの地理的な外延の好適な表現は、セルポリゴン形式によって与えられる。図２の参照して、セルの外延は、自身を横断しない３〜１５の頂点を有する閉ポリゴンによって表される。形式は２次元であり、頂点はWGS84測地系における経度及び緯度の組で決定される。正確なメッセージ形式を図３に示す。無線伝播の複雑さにより、セルポリゴン形式は実際のセルの外延の近似に過ぎないことに留意されたい。ポリゴン形式の選択は、例えば計算の複雑度及び報告帯域を考慮した、合理的に柔軟な地理的表現形式を有する必要性によって決定づけられる。ポリゴン形式はセル外延の近似なので、ポリゴンは通常、セル計画ツールにおいてセル外延を表すために予め決定される。セルポリゴンの根本的なオフライン計算は、例えば様々な精度レベルでの到達範囲シミュレーションに基づくことが可能である。しかし、算出されたセル外延を考慮した場合、最終結果は通常それほど信頼できない。

高精度測位方法は、北米E-911緊急測位要求に合致するポテンシャルを有する測位方法を示すために用いられる。これら要求に合致する方法は、（端末ベースで）５０ｍ（６７％）及び１５０ｍ（９５％）、又は（ネットワークベースで）１００ｍ及び３００ｍ（９５％）の測位精度を得ることが可能である。

アシステッドＧＰＳ(A-GPS)測位方式は、ＧＰＳ(Global Positioning System)の強化版である。A-GPS測位システムの例を図４に示す。例えばセルラ通信システムに取り付けられたＧＰＳ基準受信器が、セルラ通信システムに接続される端末内のＧＰＳ受信器に送信されるとＧＰＳ端末受信器の性能を強化する補助データを収集する。典型的には、ディファレンシャル操作を行わなくても、A-GPSの精度は１０ｍ程度まで上げることができる。しかし、ＧＰＳ衛星からの非常に弱い信号を検出するのに十分な感度をほとんど得ることができない密集した市街地や屋内では精度は悪化する。

A-GPSと同様、アップリンク到達時間差(UTDOA)測位方法は到達時間の測定結果に基づいている。しかし、UTDOAの場合、複数のUEからの送信の測定がいくつかのRBSで行われる。A-GPSに対するUTDOAの長所は、信号強度がA-GPSよりも高く、屋内での測位実行能力を高めることである。しかし、UTDOAの精度はA-GPSよりも悪くなることが予想される。これは主に、GPS無線信号が大きな仰角位置にある衛星から受信される場合に比べ、地表に沿った無線伝播状況が悪いことによる。様々な理由により、U-TDOAは配備に費用が掛かる技術である。3GPPは、UTDOAと同等で、ダウンリンクで動作するものも規定している。すなわち、いくつかのRBSによって送信された無線信号の到達時刻測定がUEで行われる。しかし実際には、このOTDOA-IPDL方法は、実用的な高精度の性能を提供するための感度を欠いている。

現在、高精度の測位サービスを得るための技術としては、A-GPSが支配的になってきているように思われる。AECID法についての結論は、屋内環境から高精度な位置基準測定結果を得ることの困難さが、AECID測位方法の適用可能性及び精度を著しく低下させるであろうということである。１つの代替方法は、人手による(manual)高精度測位を行うため、調査を目的とした専任者(dedicated personnel)を使い、AECIDをサポートすることである。これは、実際、A-GPS以外の高精度測位方法を配備していないセルラオペレータに取って唯一の代替方法である。人手による測定を用いる短所は、いずれも高価である専任者及び機器が必要なことである。完全なAECIDカバー範囲を実現するためには広い範囲を調査する必要があるので、後者は特に高価となる。

本発明は、上述したような現状の最新システムが、実用的な高精度の屋内測位結果を生成するために適用できないという問題を解決する。

従って、本発明の一目的は、上述したAECID測位方法を用いた場合に、屋内で高精度の測位結果を生成するための方法及び装置を実現することである。

本発明は、高精度位置基準測定結果及び対応するタグを求める際に正確な位置を示すため、ある程度の人手による操作(manual interaction)が必要となるであろうことを認識している。専任者を用いてそのような測定を実現する代わりに、本発明は通常のユーザが基準測定を実行することを可能とすることが提案される方法及び装置を提供する。

好ましい実施形態において、測位サーバは、通常のユーザが自身の携帯電話から接続可能なインタフェース、例えばインターネットページを設ける。このインタフェースを用いて、ユーザは、セルラオペレータが高精度位置基準測定を実施させたい（例えば、A-GPSのカバー範囲外の場所も含む）複数の屋内位置から１つを選択することができる。

そして、ユーザはその屋内位置へ移動することを要求され、上述のインタフェースを操作してその場所で基準測定を開始する。ユーザのＩＤ、例えば電話番号、または測位時刻のログを取ることにより、選択された屋内位置を、ＲＡＮ内で決定されているタグと相互に関連付けすることができる。この関連付けステップは、測位サーバまたは他の適切なノード、例えばＲＡＮのサポートノードまたは測位ノードにおいて実行することができる。ＲＡＮで生成されるタグは、測位サーバへのインタフェースの助けを借りて選択されている屋内位置とともに、タグ付けされた高精度測位結果を構成する。この情報はAECIDアルゴリズムにおけるクラスタリングに直接用いることができる。

本発明の別の実施形態において、報告された位置に対するアシステッドGPS測定の助けを借りて、不正行為を防止することができる。屋内ではこの測定は失敗するので、にもかかわらずA-GPSが成功した場合には、不正行為を検出することができる。選択された屋内位置に対する、測位した端末によって検出されるセルの識別子をチェックすることによっても、正当性をチェックすることができる。

本発明のさらに別の実施形態において、測位サーバによって取得された、成功した高精度測位結果の配信に対して報償を結びつけることにより、ユーザに高精度位置基準測定結果の提供を奨励することができる。

本発明の説明は、モデルシステムとしてWCDMAシステムを用いる。しかし、軽微な変更及び適合を施すだけで、本発明を他のシステム、例えばGSMシステムに適用することが可能である。

本発明を説明する。本発明の主な前提条件は、i)セルラシステムの測位ノードがii)AECID測位方法及びiii)A-GPS測位方法を備えていること、並びにiv)測位サーバが以下に説明するような専用機能を備えていることを含む。以下の一連のステップは、本発明の非限定的な一実施形態を説明する。

高性能測位を実行しようと決めたセルラユーザはセルラシステムに接続し、例えば測位サーバのホームページへのナビゲートにより、測位サーバのインタフェースにアクセスする。コネクションは一連のインタフェース上で維持される。このインタフェースを介し、ユーザは高性能測位のための基準位置、例えば”Alt. 2”を選択し、その基準位置についての説明に従って正確な位置に移動する。そしてユーザは、例えば”基準測位実行”ボタンを用いて、基準測位の実行を通知する。

測位サーバは、時刻及び（入手可能なら）ユーザのIDを保存する。あるいは、ユーザがID、例えば電話番号を通知できるようにホームページを設計することもできる。測位サーバはユーザの測位要求を発行する。A-GPS測位を保証するようにサービス品質(QoS)パラメータが選択される。この要求は、一連のインタフェースを用い、コアネットワーク(CN)を介してセルラシステムの測位ノードへ送信される。測位の試行がAECID用の高精度測位のためのものであることを測位ノードへ知らせるため、特定の’クライアントタイプ(client Type)’を用いることができる。測位ノードはサービス品質パラメータを復号化し、A-GPS測位を実行すべきであることを決定し、インタフェースを用いて適切なメッセージをUEへ発行する。

同時に、AECID測位が起動される。この具体例において、所謂アクティブセットがセルIDについてサンプリングされる。結果はID１，２，３，４である。UEはA-GPS測位の実行を試みる。しかし、屋内なのでその試みは失敗し、UEは失敗を測位ノードに報告する。

測位ノードは、’クライアントタイプ’がAECID用の高精度測位を示していない場合には、フォールバック測位を試みてもよい。一方、’クライアントタイプ’がAECID用の高精度測位を示す場合にはフォールバック測位は実行されず、一連のインタフェースを通じて測位サーバへ失敗が報告される。フォールバック測位が施行される場合、測位に成功し、一連のインタフェース上で通知されるかもしれない。しかし、測位方法がRANAP上で報告されることが可能であるため、測位サーバはこの情報を失敗の検出に用いることが可能である。報告された位置を学習するための可能性のある別の方法は、その位置を高度の存在に関して調査する（A-GPSを検証する）か、得られた精度を調べることである。測位ノードは失敗したA-GPS測位に、時刻と（入手可能なら）UE IDをタグ付けする。失敗したA-GPS測位はさらに、タグ付けブロックでセルIDがタグ付けされ、失敗バッファ／コリレータブロックに、”失敗”として保存される。測位サーバは、試行した位置を”失敗”と検出する。そして、測位サーバは保存されたユーザ選択位置（例えば”Alt. 2”）を、時刻及び（入手可能なら）UE IDでタグ付けする。

測位サーバはタグ付けした、保存されたユーザ選択位置（”Alt. 2”）を、インタフェース、例えば補助インタフェース（これはWCDMAの場合、RNC用のIPサービスインタフェースでありうる）上でセルラシステムの測位ノードへ送信する。測位ノードの失敗バッファ／コリレータで受信されると、測位ノードは時刻及び（入手可能なら）UE IDを、バッファ内に保存されている失敗した測位と比較し、（時刻に関し、さらには場合によりUE IDに関しても）十分によい、最も適合したものを探す。そのような適合物が見つかったならば、失敗バッファ／コリレータブロックは、保存されているタグ付けされた測位結果の、「失敗」タグを、ユーザ選択位置の経度及び緯度で置き換える（後者の情報はメッセージに含まれているものとする）。このようにして、AECIDによって利用可能な高精度測位結果が得られる。

高精度測位結果は、場合により、タグのセルIDの位置を用いたさらなる正当性チェックの後に、AECIDに送信される。

本発明の考えられる実施形態によれば、高精度測位の試行が成功裏に終了したこと及び、報償がユーザに発行されるかもしれないことを通知するためのメッセージを送信することができる。

測位サーバのインタフェースは、試行が成功裏に終了したことを通知し、ユーザ端末はインタフェース上のコネクションを切断する。

多くの一般化及び変形が存在する。これらは、測位ノードの機能の選択された一部を別のノード、例えばOSS-RCノードへ実装すること及び／又は、測位ノードの機能の選択された一部を測位サーバへ実装することを含む。

AECID測位方法のブロック図である。 頂点Ａ−Ｅを有するセルポリゴンの例を示す図である。 3GPPポリゴンメッセージ情報要素(IE)を示す図である。 セルラ通信システム、この場合はWCDMAシステムに実装されたA-GPSの例を示す図である。このシステムにおいて、無線ネットワークコントローラ(RNC)は、端末（WCDMAにおいてはユーザ機器(UE)と表される）への補助データを収集し、絞り込み(refine)、配信するノードとして振る舞う。コアネットワーク(CN)は、RANAPインタフェース上でUEの測位を要求する。それに応じて、RNCは様々な種類のA-GPS技術を用いることができるが、それら技術の全ては、セルラ通信システム内のノードによって処理されている補助データに基づくものである。RNCはUEで測位を行うように命令し、測定は、端末内の専用A-GPS受信器ハードウェアによって実行される。これらの受信器は、宇宙船(SV)とも表記される複数の衛星からのGPS送信を検出する。 通常のユーザに基づく、AECID測位方法のための高精度測位結果生成を示すブロック図である。

Claims (7)

1. 屋内位置での位置基準測定結果を提供するための、移動体通信ネットワークにおける方法であって、１つ又は複数のネットワークノードにおいて実行される方法であって、
   移動ユーザ機器がアクセス可能な、予め定められた複数の屋内位置のリストを提供するステップと、
   前記移動ユーザ機器に前記予め定められた複数の屋内位置の１つでの測位を要求するステップと、
   前記測位の結果を前記移動ユーザ機器から取得し、前記移動ユーザ機器による前記測位が失敗したかどうかを判定するステップと、
   前記移動ユーザ機器から受信した、前記予め定められた複数の屋内位置のリストからの１つの位置と、タイムスタンプ又は前記移動ユーザ機器のIDの少なくとも１つとを含む情報エンティティを保存するステップと、
   前記測位が失敗したと判定された場合にのみ、前記情報エンティティを他のネットワークノードへ供給するステップとを有し、
   前記測位は前記リスト内の前記予め定められた複数の屋内位置の１つで前記移動ユーザ機器のユーザによって開始されることを特徴とする方法。
2. 通信ネットワークにおいて屋内位置で位置基準測定結果を生成するための、１つ又は複数のネットワークノードで実行される方法であって、
   予め定められた複数の屋内位置のリストからの１つの位置と、タイムスタンプ又は前記１つの位置についての測位結果を提供した移動ユーザ機器のIDの少なくとも１つとを含む情報エンティティを受信するステップと、
   前記移動ユーザ機器の前記１つの位置での無線伝播状況を反映する、予め定められた種類の情報を決定するステップと、
   前記移動ユーザ機器による前記測位が失敗したかどうかを判定するステップと、
   前記移動ユーザ機器による前記測位が失敗したと判定された場合にのみ、測位アルゴリズムに提供する、予め定められた種類の情報が関連付けされた測位結果を出力するために、前記情報エンティティを前記予め定められた種類の情報と相互に関連付けして別の測位結果を生成するステップとを有し、
   前記測位は前記リストに含まれる前記１つの位置で前記移動ユーザ機器のユーザによって開始されることを特徴とする方法。
3. 前記予め定められた種類の情報が、
   量子化された往復時間測定結果、
   量子化されたタイミングアドバンス測定結果、及び
   量子化されたノイズ増加測定結果、
   の少なくとも１つから構成されることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 移動体通信ネットワークにおいて屋内位置で位置基準測定結果を提供するための、１つ又は複数のネットワークノードに配置される装置(61)であって、
   予め定められた複数の屋内位置のリストへのアクセスを移動ユーザ機器(62)に提供するインタフェース(611)と、
   前記移動ユーザ機器(62)に測位を要求する手段(612)と、
   前記測位の結果を前記移動ユーザ機器から取得する手段(613)と、
   前記移動ユーザ機器による前記測位が失敗したかどうかを判定する手段と、
   前記予め定められた複数の屋内位置のリストからの１つの位置と、タイムスタンプ又は前記移動ユーザ機器のIDの少なくとも１つとを有する情報エンティティを保存する手段(614)、及び
   前記測位が失敗したと判定された場合にのみ、前記情報エンティティを他のネットワークノードへ供給する手段(615)とを有し、
   前記測位は前記リスト内の前記予め定められた複数の屋内位置の１つで前記移動ユーザ機器のユーザによって開始されることを特徴とする装置。
5. 前記装置(61)が測位サーバに設けられ、前記他のネットワークノードが測位ノードであることを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 移動体通信ネットワークにおいて屋内位置で位置基準測定結果を生成するための、１つ又は複数のネットワークノードに配置される装置(63)であって、
   予め定められた複数の屋内位置のリストからの１つの位置と、タイムスタンプ又は前記１つの位置についての測位結果を提供した移動ユーザ機器のIDとの少なくとも１つとを含む情報エンティティ(62)を受信する手段(631)と、
   前記移動ユーザ機器の前記１つの位置での無線伝播状況を反映する、予め定められた種類の情報を決定する手段(632)、及び
   前記移動ユーザ機器による前記測位が失敗したかどうかを判定する手段と、
   前記移動ユーザ機器による前記測位が失敗したと判定された場合にのみ、測位アルゴリズムに供給する、予め定められた種類の情報が関連付けされた測位結果を出力するために、前記情報エンティティを前記予め定められた種類の情報と相互に関連付けして別の測位結果を生成する手段(633)とを有し、
   前記測位は前記リストに含まれる前記１つの位置で前記移動ユーザ機器のユーザによって開始されることを特徴とする装置。
7. 前記装置(63)が、測位サーバから情報エンティティを受信する測位ノードに設けられることを特徴とする請求項６記載の装置。

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